Heuristic-based task-to-thread mapping in multi-core processors

OpenMP can be used in real-time applications to enhance system performance. However, predictability of OpenMP applications is still a challenge. This paper investigates heuristics for the mapping of OpenMP task graphs in underlying threads, for the development of time-predictable OpenMP programs. These approaches are based on a global scheduling queue, as well as per-thread allocation queues. The proposed method is divided into scheduling and allocation phases. In the former phase, OpenMP task-parts are discovered from OpenMP graph and placed in the scheduling queue. Afterwards, an appropriate allocation queue is selected for each task-part using four heuristic algorithms. In the latter phase, the best task-part is selected from the allocation queue to be allocated to and executed by an idle thread. Preliminary simulation results show that the new method overcomes BFS and WFS in terms of scheduling time and idle time.This work has been co-funded by the European commission through the AMPERE (H2020 grant agreement N° 745601) project.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

مقارنة أداء خوارزميات جدولة المهام العشوائية في نظم الزمن الحقيقي

تشكل نظم الزمن الحقيقي اليوم النواة الأساسية لمعظم التطبيقات المستخدمة في مجالات تقنية المعلومات والاتصالات، كما أن سرعة تطور مثل هذه النظم جذب اهتمام الباحثين من أجل تحقيق أداء أمثل والتخلص قدر الإمكان من المشاكل والمساوئ التي تعاني منها بغية تحسين أدائها بما يتناسب مع حجم المهام الموكلة إليها. توجد العديد من التحديات الأساسية التي تواجه نظم الزمن الحقيقي والتي تتجسد بالدرجة الأولى في مشكلة جدولة تنفيذ المهام على نوى المعالج في هيكلية المعالجات متعددة النوى حيث تم اقتراح العديد من الطرق منها ما اعتمد الطريقة العامة والتي تكون فيها أي مهمة قابلة للتنفيذ على أية نواة، أو الطريقة المجزأة التي تعتمد على تخصيص نواة معينة لكل مجموعة محددة من المهام، وهناك أيضاً الطريقة شبه المجزأة وهي عبارة عن هجين من الطريقتين السابقتين حيث يتم تخصيص مجموعة من المهام لكي تنفذ على نواة معينة في حين يسمح لمهام أخرى بالتنفيذ على أية نواة من نوى المعالج. تم في هذا البحث مقارنة أداء خوارزميات جدولة المهام العشوائية على منصة متعددة النوىبهدف تحديد الخوارزمية الأفضل من ناحية مجموعة من البارامترات المعتمدة من قبل الباحثين في هذا المجال والتي بدورها تعطينا تفاصيل دقيقة حول جودة مثل هذه الخوارزميات عند تطبيقها على مجموعة من المهام العشوائية المولدة وفق التوزع الاحتمالي اللوغاريتمي الموحد. تمت عملية المحاكاة على البرنامج simso والذي أثبت موثوقية أداء عالية بشهادة العديد من الباحثين في هذا المجال فضلاً عن كونه يقدم إمكانية توليد المهام وفق توزعات احتمالية معينة، ويحاكي تفاصيل دقيقة متعلقة بخصائص المهام العشوائية. Nowadays, Real-time systems are considered as the core of most applications that used in Telecommunication and information technology areas. The rapid development of such systems has attracted researchers' attention to optimize performance and eliminate problems and disadvantagesas possible in order to improve their performance in proportion to the volume of tasks assigned to them. There are many challenges facing real-time systems, mainly the problem of task scheduling on processor cores in the multi-core processor architecture. Several schemes have been proposed, including the global scheme, where any task can be executed on any core ,The partitionedscheme which depends on the allocation of a specific core for each set of tasks. There is also the semi-partitionedscheme, which is a hybrid of the two previous schemes, where a set of tasks is assigned to execute on a specific core while other tasks are allowed to be executed on any core of processor. In this paper, we compare the performance of sporadic tasks scheduler algorithms on a multi-core platform in order to determine the best algorithm in terms of a set of parameters adopted by researchers in this field, which in turn gives us accurate details about the quality of such algorithms when applied to a set of sporadic tasks generated according to  uniformed Logarithmic probability distribution. The simulation is done using Simso simulator, which proved the reliability of high performance by the testimony of many researchers in this field, as it provides the possibility of generating tasks according to specific probability distributions, and simulates accurate details related to the characteristics of random task

مقارنة أداء خوارزميات الجدولة في الزمن الحقيقي من حيث استهلاكها للطاقة عند العمل على معالج متعدد النوى

أدى التقدم المتزايد والمستمر لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات إلى الحاجة لتلبية متطلبات هذه التكنولوجيا والتي تشكل نظم الزمن الحقيقي النواة الأساسية لها وذلك بهدف تأمين جودة خدمة عالية تلائم طبيعة التطبيقات المنتشرة اليوم، لأن العامل الأساسي في نجاح أي نظام زمن حقيقي هو ضمان تنفيذ المهام قبل بلوغ القيد الزمني المرتبط بكل مهمة. يتطلب الحصول على نظام زمن حقيقي عالي الأداء توفر خوارزميات جدولة من أجل ترتيب تنفيذ المهام وفقاً لأفضليات معينة بحيث تنهي جميع المهام التنفيذ من دون تجاوز القيد الزمني، وقد طرح الباحثون في هذا المجال العديد من الخوارزميات المختلفة من حيث مبدأ إسناد الأفضليات، وطبيعة منصة التشغيل، ونوع المهام التي تتعامل معها. تتجه معظم الأبحاث في السنوات الأخيرة إلى تحسين استهلاك الطاقة في مختلف المجالات والتطبيقات البحثية، وبالنسبة لمجال الزمن الحقيقي فإن ذلك يعني على وجه الخصوص تحسين أداء خوارزميات الجدولة بحيث تؤمن الوظيفة المرجوة منها مع استهلاك أقل للطاقة. تم في هذا البحث دراسة وتقييم مجموعة من خوارزميات الجدولة المختلفة من حيث استهلاكها للطاقة، وتم قياس الطاقة باستخدام حاسب يعمل بنظام تشغيل UBUNTU لكونه يحتوي على مجموعة من التوابع التي تتيح للمستخدم قياس مستويات استهلاك الطاقة عند تنفيذ مجموعة معينة من المهام، وقد تمت عملية محاكاة جدولة المهام بالزمن الحقيقي بالاعتماد على محاكي SIMSO وهو محاكي مفتوح المصدر ويتيح إمكانية محاكاة عدد كبير من خوارزميات الجدولة في الزمن الحقيقي، كما أنه متوافق مع بيئة نظام التشغيل UBUNTU

تحسين استهلاك الطاقة في خوارزميات جدولة المهام على منصة عمل متعددة النوى في نظم الزمن الحقيقي

تعد نظم الزمن الحقيقي النواة الأساسية لمعظم المجالات البحثية بشقيها الأكاديمي والتطبيقي، ويعود السبب في ذلك إلى الحاجة إلى تأمين جودة خدمة عالية لهذه المجالات نتيجة التقدم السريع والمتزايد لتكنولوجيا المعلومات والاتصالات، بالإضافة إلى التطور المتسارع في تصميم المعالجات والمتحكمات الالكترونية والتي تتمتع بسرعة معالجة كبيرة وبقدرة على التواصل مع شريحة واسعة جداً من الوحدات المحيطية الأخرى. إن النواة الأساسية في نجاح عمل أي نظام يعمل بالزمن الحقيقي هي امتلاكه لخوارزمية جدولة دقيقة ومحكمة وقادرة على التعامل مع مختلف أنواع المهام سواءً الدورية منها أو العشوائية أو غير الدورية، حيث تكمن فعالية الخوارزمية في تأمين تنفيذ هذه المهام بالشكل المنطقي السليم دون تجاوز القيد الزمني المرتبط بها. اتجه الباحثون في الفترة الأخيرة إلى دراسة إمكانية عمل نظام الزمن الحقيقي في ظروف توفير الطاقة نظراً لانتشار الأجهزة المحمولة بشكل كبير واعتماد هذه الأجهزة في عملها على نظم الزمن الحقيقي، وهذا البحث يهدف إلى تقديم تطوير وتحسين على عمل خوارزميات الجدولة من حيث استهلاكها للطاقة أثناء تشغيل النظام. تم في هذا البحث تصميم وبناء نظام برمجي متكامل لخوارزمية الجدولة LLREF باستخدام بيئة التطوير المتكاملة MATLAB، وذلك بالاعتماد على النموذج الرياضي لكل من الخوارزمية والمهام ومنصة العمل متعددة النوى ومعادلات استهلاك الطاقة، وتوصل البحث إلى تحقيق آلية جديدة لعمل الخوارزمية ضمن إطار توفير استهلاك الطاقة